ZASADY KONTROLI NASYPÓW Z GR. SPOISTYCH I

NIESPOISTYCH- Rodzaje kontroli zagęszczenia. Badania

zagęszczenia prowadzi się: 1)na bieżąco (kontrola bieżąca) -

celem kontroli jest sprawdzenie czy osiągnięto wyma­gane

zagęszczenie danej warstwy warunkujące dopuszczenia do układania

następnej, 2)po wykonaniu całej budowli lub jej części (kontrola

powykonawcza) - gdy potrzebne są dane o zagęszczeniu gruntów w

całej budowli lub w jej częściach, wykrycie miejsc słabych, kawern

(pustek) lub innych miejsc zagrażających bezpieczeństwu,

3)w toku użytkowania istniejących budowli (kontrola

eksploatacyjna) - przeważnie gdy powstają obawy o ich

bezpieczeństwo lub trwałość, które wiązać można z

niedosta­tecznym zagęszczeniem gruntu. Kontrola zagęszczenia

prowadzić powinna do wyznaczenia stopnia zagęszczenia (Id) lub

wskaźnika zagęszczenia (Is) badanych warstw we wznoszonej

budowli. Badania w Aparacie Proctora- Wskaźnik zagęszczenia

Is= (ρd/ρdmax)>0,95- gdy warunek jest spełniony warstwę uznaje się

za dobrze zagęszczoną i możemy przystąpić do układania kolejnej

warstwy. W gruntach niespoistych nie możemy pobrać próbki bo c=0,

Możemy za to pobrać grunt, ustalić jego masę, objętość za pomocą

piasku kalibrowanego. Określamy Q= m/V. Badanie w Aparacie

widełkowym- określa stopień zagęszczenia Id = (emax - e)/(emax - emin);

e = (ρs/ρd) : emax =(ρs/ρdmin), Id=0-0,15 gr. Bardzo luźny, bardzo słabo

zagęszczony 0,16-0,35 słabo zagęszczony, 0,36-0,65 średnio zagęszczony,

0,65-0,85 zagęszczony, >0,85 b.dobrze zagęszczony. Możemy prowadzić

badania „in situ” (sądy statyczne i dynamiczne) lub metodą izotopową.

METODY BIERNEJ?? KONTROLI NASYPÓW Z GRUNTÓW

SPOISTYCH- Dziennik zagęszczenia: jakość gruntu, grubość warstwy,

użyty sprzęt, liczba przejazdów, wynik badań, wskaźnik zagęszczenia Id i

stopień wilgotności próbki. Sposób wykonania kontroli: *szybkie

wyznaczenie miejsca wątpliwego zagęszczenia za pomocą przejazdu

ciężkiego sprzętu *badania laboratoryjne *badania makroskopowego

(wałeczkowanie) *za pomocą sondy *badania radiometryczne i izotopowe

*próbne obciążenia. METODY BUDOWY NASYPÓW NA GRUNTACH

ORG. (SŁABYCH)- 1) Metoda obciążenia do nośności (*wykonywanie

korpusy nasypu z gruntu lekkiego np. z torfu lub mieszanki piaszczysto

torfowej lub innych lekkich materiałów, *wykonywanie nasypu o kształcie

dostosowanego do warunków nośności podłoża) 2) Wymiana gruntu w

podłożu (*częściowe lub całkowite usunięcie z podłoża gruntu słabego i

zastąpienie go gruntem nośnym, *przeciążenie podłoża, *wybuchy)

3) Wzmacnianie podłoża (*budowa etapowa z przerwami umożliwiającymi

konsolidacje, dodatkowe zastosowanie drenażu *ułożenie na styku podłoża z

nasypem warstwy geowłókniny ⇒ równomierny rozkład naprężeń).

ZASADY WYKONYWANIA NASYPÓW- a) powinny być wykonywane

warstwami o stałej grubości b) dobre odwodnienie powierzchniowe od wód

opadowych, wtedy gdy zostanie zapewnione nachylenie warstwy do 10% w

kierunku podłużnym i 5% w kierunku poprzecznym do osi nasypu c) wyższa

warstwa może być układana dopiero po zagęszczeniu poprzedniej d) grubość

warstw (w zależności od rodzaju gruntu i maszyn zagęszczających) określa

się na podstawie próbnego zagęszczenia np. walec wibracyjny gładki: grunty

niespoiste 0,4-0,7 m po 4-8 przejazdach e) kształt nasypu powinien

uwzględniać poprawki na osiadanie podłoża korpusu f) grunty w nasypie

powinny być rozmieszczone zgodnie z projektem. Wykonanie nasypów z

różnych gruntów gdy projekt o tym nie mówi dopuszczalne tylko w 3 i

4 klasie. Warunki: 1) grunty mniej przepuszczalne powinny być układane w

środkowej części nasypu, a grunty bardziej przepuszczalne bliżej skarp,

2) grunty w nasypie nie powinny tworzyć soczewek lub warstw

ułatwiających filtrację lub poślizg, 3) w sąsiadujących ze sobą częściach

nasypu grunty powinny mieć takie uziarnienie, aby na skutek działania

filtracji nie powstały odkształcenia w postaci kawern czy też rozmyć

NASYPY- PRZYGOTOWANIE PODŁOŻA OBEJMUJE: 1) usunięcie

darniny i ziemi roślinn, usunięcie i wymianę gruntów słabych, np. torfy,

namuły organiczne itp. Kształt podłoża powinien uwzględnić prze­widywane

projektem budowle umieszczone w nasypie, np. drenaże, ubezpieczenia topy

itp., 2) zagęszczenie wierzchniej warstwy podłoża do osiągnięcia wymagań

jak dla nasypu, a następnie powierzchniowe (5-10 cm) spulchnienie

(np. zbronowanie) w celu lepszego związania z nasypem,3) jeśli podłoże

znajduje się na zboczu o nachyleniu większym niż 1:5, wykonanie stopni o

szerokości 1-3 m nachylonych zgodnie z kierunkiem nachylenia zbocza;

4) gdy w podłożu występują grunty wysadzinowe, które mogą przemarzać

a projekt nie przewiduje pokrycia ich warstwą zabezpieczającą należy je

usunąć na głębokość przemarzania, 5) w przypadku przejść nasypu przez

starorzecze szczegółowy sposób przygotowania podłoża powinien

określać projekt. METODY BUDOWY NASYPÓW- A) Metoda

warstwowa: wykonujemy ją wzdłuż linii nasypu, układając poziome

warstwy o jednakowej grubości w zależności od zastosowanego gruntu.

Grubość warstw dla gruntów sypkich 0,3-1 m dla spoistych 0,15-0,3 m.

Zagęszczamy je sprzętem zagęszczającym, który w zależności od

sposobu zagęszczenia dzielimy na: a) ubijający- płyty wolnospadowe,

ubijaki mechaniczne b)ugniatający-walce gładkie,okołkowe, pneumatyczne

c) zagęszczający- wibrujące walce płyty B) M. czołowa- tworzenie nasypu

poprzez usypywanie pochyłych warstw gruntu do góry. Nasyp wykonuje się

do przodu w kierunku osi podłużnej nasypu. Metodę tę stosujemy do

nasypów krótkich. Jej wadą jest nierównomierne zagęszczenie, długie

osiadanie co może być przyczyną deformacji.W przypadku wód gruntowych

(starorzecza) wykonujemy korpus nasypu powyżej zwierciadła wody.

C) M. boczna- polega na bocznym usypywaniu masy gruntu, stosujemy ją

w przypadku poszerzenia nasypów lub budowy nasypów na zboczu.

Wady: nierównomierne osiadanie, możliwość powstania osuwisk.

D) M. hydromechaniczna- polega na wykorzystaniu energii strumienia do

odspojenia gruntu , przeniesienia urobku i wybudowania nasypu, do tego

służą hydromonitory

NIEKORZYSTNE ZJAWISKA WYWOŁANE FILTRACJĄ-

Sufozja- polega na unoszeniu przez filtrującą wodę drobnych cząstek

gruntu. Cząstki te mogą być przesunięte do innego miejsca szkieletu

gruntowego lub wyniesione poza obręb gruntu. W przypadku intensywnej

filtracji może wystąpić zjawisko Kurzawki- może wystąpić w przypadku

intensywnej filtracji. Powstaje gdy występuje spadek krytyczny, następuje

upłynnienie niespoistych gruntów drobnoziarnistych (piaski) i gruntów

mało spoistych. Cząstki gruntu nie wspierają się o siebie, lecz jakby

pływają w wodzie. Grunt traci cechy ciała stałego i przechodzi W

stan płynny. Wtedy można zaobserwować ruchy i wznoszenia się

cząstek piasku do góry. Wyparcie gruntu - zjawisko polegające na

przesunięciu pewnej objętości gruntu często wraz z obciążającymi je

elementami ubezpieczeń. Wyparta masa powiększa swoją objętość, a więc

i porowatość. Przebicie hydrauliczne - nazywa się zjawisko tworzenia

kanałów (przewodów) w masie gruntowej, wypełnionego gruntem o

naruszonej strukturze, łączące miejsca o mniejszym i większym ciśnieniu

wody w porach. Na powierzchni widoczne jest źródło. FILTR

ODWROTNY - Bardzo ważny element budowli wodnych, tam gdzie

występuje ruch wody gruntowej v=k * i; k - współczynnik filtracji,

i -gradient hydrauliczny, i' = ΔH/1.Warunki: Vn=Vp=Vż, 1) kn < kp < kż 2)

Musi być zapewniona stabilność warstwy (zmniejszenie gradientu i ciśnienia

spływowego). Celem filtrów odwrotnych jest zmniejszenie ciśnienia w

gruncie. Im mniejszy spadek hydrauliczny „i" tym mniejsze ciśnienie

spływowe i mniejsze oddziaływanie na grunt. Wg kryterium Tercagiego

D15/d85 <= 4-5 - warunek stateczności;D15/d85 > 4 - warunek filtracji.

Kryterium Sherarda: piasek Dl5 (0,2-0,8); pospółka Dl5 (0,3-1).

Obciążenia uwzględniane przy obliczaniu

stateczności: * ciężar gruntu w korpusie zapory, nasypu,

wykopu * ciężar gruntu w podłożu * ciężar naziomu (gdy wartość

obciążenia jest duża w stosunku do ciężaru własnego gruntu)

* obciążenie filtrujące, przez korpus zapory, nasypu * ciśnienie wody w

porach * bezpośrednie parcie wody na element uszczelniany * inne

obciążenie (śnieg, wiatr, lód).

Sprawdzanie stateczności skarpy Metoda

Szwedzka (Obszar Sokolskiego,Grunty spoiste,stan plastyczny):

Schemat oznaczenie:R- promień krzywizny, Q- ciężar paska, u - ciś wody

w porach, c - spójność, φ -kąt tarcia wew, b - szer paska, α - kąt

nachylenia do poziomu stycznej do krzywej poślizgu, L - długość

podstawy paska. Założenia: 1) Powierzchnia poślizgu jest cylindryczna

2) Bryła gruntu zawarta pomiędzy powierzchnią cylindryczną a skarpą

jest nieodkształcona 3) definicja współczynnika bezpieczeństwa - jako

stosunek momentów sil utrzymujących do zsuwających

F = ΣMu/ΣMz= RT'/RT, 4) Siły utrzymujące wynikają z wytrzymałości

gruntu na ściskanie: Tc = Cu + σ⋅tgφu - naprężenia całkowite,

Tef = C' + (σ+u) + tgφ-naprężenia 5) Brak oddziaływania miedzy

paskami. Siły utrzymujące N = Q * cosa ;

T = Q * cosa * tg(js + C* L*l ; 1 = b/cosα. Współczynnik

bezpieczeństwa: * Naprężenia całkowite

F =(RΣ(Q*cosα* tgφ)+Σc*L*l))/ (RΣ(Q*sinα));*Naprężenia efektywne

F = (RΣ((Qcosα-u*L*l)*tgφ'+Σc'*L*l)/ (RΣ(Q*sinα)) ; * Jeśli, w

obliczeniach uwzględnimy wodę to; wystąpi siła

filtracji:

F=(RΣ(Q'*cosα*tgφ+Σc*L*l))/ (RΣ(Q' *sinα+ ΣJ+(rj/R)));

J =γw*Ei*w*b gdzie: J - siła filtracji, i - gradient hydrauliczny,

w - powierzchnia poszczególnych pól siatki, b - grubość wycinka korpusu.

(W metodzie obliczeniowej F = tgφ/tgα, tgα = l/n) Sprawdzacie

stateczności skarpy Metoda Bishopa (uproszczona -

nie uwzględnia się składowej pionowej oddziaływania pasków);

Podobnie jak w metodzie szwedzkiej przyjmuje się momenty zsuwające

i utrzymujące. Zasadnicza różnica polega na sposobie określania

reakcji na podstawie poszczególnych pasków. Naprężenie normalne

można wyznaczyć z równania rzutów na oś pionową. ∂ = tgφ* c'*σ';

σ' = (Qn/b) - u - τ*tgα -(ΔV/b) gdzie: σ'- efektywne naprężenie normalne

na powierzchni poślizgu; Qn - ciężar gruntu wraz z ciężarem wody w

porach poniżej zwierciadła wody, τ- naprężenie ścinające wzdłuż pow

poślizgu. ΔV - przyrost sil ściskających na pionowych bokach pasków.

F = (Σ( (Qn-b*u) tgφ'+c' b)/ (ΣQn*sinα). W metodzie bishopa możliwe jest

również uwzględnienie pozostałych sposobów wyznaczania filtracji. Przy

określonym wektorze sil filtracji należy w ostatecznym wzorze ciśnienie

wody w porach i przyjąć ciężar gruntu z uwzględnieniem wyporu, a

w mianowniku dodać wyraz I*(e/r) Inne metody to: tangensów i

Mongestema - Preissa.

Metoda dużych brył - jest uproszczoną metodą graficzną, w

której powierzchnia poślizgu składa się z 2 lub 3 przecinających się

płaszczyzn. Powierzchnia z 2 płaszczyzn przyjmowana jest zwykle

wówczas, gdy zapora podsadowiona jest na wytrzymałym podłożu, na

którym niemożliwe jest wytworzenie płaszczyzny ścięcia. Gdy nie ma

wody sprawdzenie stateczności dokonuje się metodą graficzną, z tym,

że zamiast pasków rozpatruje się całe bryły. Najczęściej przyjmuje się,

że siły wzajemnego oddziaływania brył A i B są równoległe do skarpy,

a bryły B i C poziome. Spotykane są również przypadki, gdy

siły wewnętrzne na obu rozdzielających płaszczyznach

przyjmowane są w kierunku poziomym. Obliczenia najczęściej

wykonujemy metodą kolejnych prób, przy założeniu równowagi

granicznej. Często podawane rozwiązania oparte na równowadze tylko

bryły B, co eliminuję metodę kolejnych prób i warunek równowagi

granicznej. Obliczenia powinno się wykonywać przy uwzględnieniu stanów

granicznych, co zwiększa pracochłonność, ale daje bardzo ścisłe wyniki.

Metoda dużych brył wprowadza znaczne uproszczenia obliczeniowe,

przede wszystkim ze względu na ograniczoną liczbę pasków,

oszczędność czasu, co jest szczególnie ważne przy wstępnych fazach

projektowania. Kierunki sił parcia i odporu przyjmuje się najczęściej poziome.

F = (Q+w*tgφ+d)/P (P u góry poziomo w prawo, O u dołu poziomo w prawo,

w pionowo na środku) Różnice miedzy metodami:

1) W metodzie Szwedzkiej reakcje wyznacza się tylko na podstawie

ciężaru paska, a w Bishopa uwzględnia się dodatkowo boczne

oddziaływanie pasków 2) Między Szwedzką a dużych brył; Szwedzka:

analityczna, oparta na met pasków; Dużych brył: oparta na met

graficznej, brak cylindrycznej pow poślizgu.

Zasady doboru geowłókniny na filtry -

O15/d15 = 2-3; O15 - krytyczna średnica otworu w geowłókninie.

Geowłóknina powinna spełniać warunki: 1) powinna być dobrze

przepuszczalna (pełni rolę filtru) 2) pewnie zapobiegać sufozji

3) nie powinna ulegać zasklepieniu przez wymywane ziarna. Zadania:

jako filtr, separacja materiałów gruntowych, jako wzmocnienie, drenaż,

zabezpieczenie stromych zboczy.Zbrojenie gruntu - Zbrojenie polega

na umieszczeniu w gruncie wkładek o dużej wytrzymałości.

Wkładki z geowłókniny - stosowanie materiałów z włókien

chemicznych. Sprawdza się wytrzymałość wkładek na rozerwanie oraz

tarcie pomiędzy gruntem a geowłókniną zapobiegające wyschnięciu.

Geosiatka - geowłóknina zbrojona stalową siatką. Gwoździowanie -

wprowadzanie w skarpę prętów stalowych , oraz pali żelbetowych.

Drenowanie pionowe - w formie kolumn piaskowych. Obliczanie

stanu równowagi lokalnej w gruncie zbrojonym:

Tmax <= T_fl= (1/γs)* Re*gr*δ; Poślizg zbrojenia:

Trmax <= T_f = m1*2b*μ* Σδ*L. Dla ścian oporowych z gruntu

zbrojonego wyróżniamy: wyparcie podłoża, poślizg między nasypem z

gruntu zbrojonego oraz podłożem, statyczność uskoku naziomu,

możliwość urwania zbrojenia, poślizg zbrojenia w gruncie, osiadanie

Stateczność skarp, nasypów i wykopów - Obliczanie

stateczności wykonujemy wówczas, gdy w projekcie budowli

ziemnych znajduje się skarpa wykop, nasyp czy zbocze naturalne,

zostanie obciążona nowym, mniej korzystnym układem sił. Każde

obliczenie geotechniczne opiera się na pewnym schemacie,

odwzorowującym pracę gruntu pod obciążeniem. Schemat przyjęty do

obliczeń wynika z obserwacji przebiegu odkształceń skarpy i podłoża

(zsuwów) w którym nastąpiło przekroczenie równowagi granicznej.

Obliczenia stateczności jest porównaniem sił działających zsuwająco na

skarpę i podłoże z siłami dążącymi do zachowania skarpy i podłożą w

równowadze (siły utrzymujące). Siły zsuwające są funkcją obciążeń

działających na skarpę (ciężar właściwy grunt, obciążenie filtrujące

wodą, obciążenie naziomu). Siły utrzymujące wynikają z wytrzymałości

gruntu na ściskanie. W jakich warunkach może nastąpić

upłynnienie - Upłynnienie gruntu może nastąpić w gruntach

niespoistych luźnych (niezagęszczonych) w warunkach pełnego

nasycenia ich wodą (aby mogła wytworzyć się nadwyżka ciśnienia wody

w porach u), przy cyklicznym, dynamicznym lub monotonnym obciążeniu

gruntu. Upłynnienie -zjawisko gdzie masa gruntu traci swoją

wytrzymałość na ściskanie pod wpływem obciążeń przy stałej objętości

gruntu w warunkach bez odpływu. Grunt dąży do stałego stanu

deformacji - tj stanu stałego odkształcenia: 1) przy stałej wartości

naprężenia ścinającego 2) przy stałej prędkości naprężenia

ścinającego 3) przy stałej objętości gruntu 4) przy stałej wartości

naprężenia efektywnego. Kryterium doboru uziarnienia:

Wskaźnik różnoziarnistości U = d60/dl0, wskaźnik krzywizny

c = (d30^{^}2)/(dl0*d60); U<5 - grunt równoziarnisty, 5-20 różnoziarnisty,

>20 b różno... c =1-3 gr dobrze uziarniony. c inne gr nieodpowiedni; Wg

kryterium Tercagiego D15/d85 <= 4-5 - warunek stateczności;

D15/d85 > 4 -warunek filtracji. Stopień i wskaźnik

zagęszczenia: Stopień zag.. — stosunek zagęszczenia istniejącego

w naturze do możliwości największego zagęszczenia danego gruntu niespoistego.

Tylko do gruntów niespoistych. Id = (emax - e)/(emax - emin); e = (ρs/ρd) :

emax =(ρs/ρdmin), Id= [γdmax(γd=γdmin)]/[γd(γdmax-γdmin)];

Wskaźnik zag... Is = γd/γds= eds/ed -stosowany jedynie do gruntów

sztucznie zagęszczonych. Metody wyznaczania I_D i Is: sonda statyczna

CPT, sonda dynamiczna SL, S.C., SPT, aparat widełkowy,

aparat Proctora, sondy skrętne, sondy obrotowe.

---